CN102748214B - 耦合于控制系统的风电机组状态监测与故障诊断系统 - Google Patents

耦合于控制系统的风电机组状态监测与故障诊断系统 Download PDF

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Abstract

本发明是有关于一种耦合于控制系统的风电机组状态监测与故障诊断系统,包括:振动传感器;转速传感器;数据采集卡;内置数据提取程序、数据采集程序和嵌入式C程序,并通过数据提取程序从主控PLC中读取风机运行参数,通过数据采集程序从数据采集卡中读取振动和转速信号的PLC采集器;以及数据服务器。本发明具有通用性强、性能可靠、成本低等特点,通过现场总线或模拟量的方式从主控系统中读取如功率、桨角、油温、风速、偏航角度等参数,来提高故障诊断的准确性,以达到对风电机组综合诊断的目的,还利用风场的现有光纤网络或无线传输将数据传递给数据服务器,数据服务器的故障库和客户端可以有效保证风力发电机组的安全稳定运行。

Description

耦合于控制系统的风电机组状态监测与故障诊断系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种风力机在线监测与故障诊断系统,特别是涉及一种耦合于控制系统的风电机组状态监测与故障诊断系统。
背景技术
[0002] 随着风力发电机组容量的不断增长,系统结构日益复杂,不同部件之间耦合更加紧密,一个微小的故障可能传播成灾难性的大故障,引起风力机停机,甚至直接导致风力机损坏,造成巨大的经济损失,利用在线状态监测和故障诊断系统可以将损失减少到最小。
[0003] 利用在线状态监测和故障诊断系统,能对风力机各易损机械部件的振动情况进行连续监测,实时获取反映风力机运行状态的信息,在对各种信息进行分析处理后,给出设备运行的状况报告和诊断结果。但是,传统的在线状态监测和故障诊断系统没有和风力机控制系统通信或集成,不能获得风速、功率、桨角,油温,偏航角度等参数,不能实现对风力机的综合诊断。
[0004] 由此可见,上述现有的风电机组状态监测与故障诊断系统在构成与使用上,显然仍存在有不便与缺陷,而亟待加以进一步改进。如何能创设一种可综合功率、浆角、油温、整机振动、风速、偏航角度等参数对风电机组进行综合诊断,从而提高故障诊断的准确性的新的耦合于控制系统的风电机组状态监测与故障诊断系统,实属当前重要研发课题之一。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种耦合于控制系统的风电机组状态监测与故障诊断系统,使其可提取风机主控系统中的功率、桨角、油温、风速、偏航角度等参数,且不拘泥于这些参数,对风电机组进行综合诊断,从而提高故障诊断的准确性,克服现有风电机组状态监测与故障诊断系统的不足。
[0006] 为解决上述技术问题,本发明一种耦合于控制系统的风电机组状态监测与故障诊断系统,包括:获取风机振动信号的振动传感器;检测风机转速的转速传感器;从振动传感器、转速传感器采集信号的数据采集卡;内置数据提取程序、数据采集程序和嵌入式C程序,并通过数据提取程序从主控PLC中读取风机运行参数,通过数据采集程序从数据采集卡中读取振动和转速信号的PLC采集器;以及与PLC采集器连接的数据服务器。
[0007] 作为本发明的一种改进,所述的数据服务器同时连接多台PLC采集器。
[0008] 所述的数据服务器还连接有客户端。
[0009] 所述的数据服务器与PLC采集器利用风场环网并采用TCP/IP有线通信协议通信,或者采用GPRS无线通信协议通信。
[0010] 所述的转速传感器采用接近开关或发电机自带的编码器。
[0011] 所述的PLC采集器通过总线或者模拟量的方式与主控PLC通信连接。
[0012] 采用这样的设计后,本发明具有通用性强、性能可靠、成本低等特点,通过现场总线或模拟量的方式从主控系统中读取如功率、浆角、油温、风速、偏航角度等参数,且不拘泥于这些参数,来提高故障诊断的准确性,以达到对风电机组综合诊断的目的。本发明还利用风场的现有光纤网络或者无线通信将数据传递给数据服务器,数据服务器的故障库和客户端可以有效保证风力发电机组的安全稳定运行。
附图说明
[0013] 上述仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
[0014] 图1是本发明耦合于控制系统的风电机组状态监测与故障诊断系统的组成示意图。
具体实施方式
[0015] 请参阅图1所示,本发明耦合于控制系统的风电机组状态监测与故障诊断系统主要包括振动传感器、转速传感器、数据采集卡、PLC采集器和数据服务器。
[0016] 振动传感器获取风机振动信号,转速传感器检测风机转速,数据采集卡从振动传感器、转速传感器采集振动和转速信号。其中,转速传感器可采用接近开关或发电机自带的编码器。
[0017] PLC采集器内置有数据提取程序、数据采集程序和嵌入式C程序,由于嵌入式C程序可以跨平台移植,不受PLC品牌和操作系统限制,所以是一次开发多种使用。
[0018] PLC采集器通过总线或者模拟量的方式与主控PLC通信连接,通过数据提取程序从主控PLC中读取风速、功率、桨角,油温,偏航角度等风机运行参数,且不拘泥于这些参数并通过数据采集程序从数据采集卡中读取振动和转速信号。
[0019] 数据提取程序与主控PLC进行数据交换,数据提取程序与数据采集程序进行数据交换,数据采集程序将原始数据传递给嵌入式C程序,嵌入式C程序进行数据计算并与数据服务器进行通信。
[0020] PLC采集器与数据服务器通信连接,将采集到的所有参数信号进行计算并上传至数据服务器。一台数据服务器可同时连接多台PLC采集器,视风场通信条件可采用风场环网或GPRS无线通信,传输方式和数据格式要保持一致,即不同类型的风力机控制器和数据服务器采用的通信传输方式和数据格式要保持一致,不同类型的控制器和振动模块可以使用同一服务器。数据服务器还可与客户端连接。
[0021] 以下列举具体实施例对本发明进一步说明。
[0022]目前风力机的主流控制器有倍福和巴赫曼。倍福的振动模块采用EL3632,EL3632可以直接在主控系统中进行扩展,每个EL3632包含两个振动通道,一般采用4块EL3632 ;巴赫曼的振动模块采用AIC212,一个AIC212包含9和IEPE通道、3个±10V电压通道、I个增量编码器通道、2个计数脉冲通道。控制器选用MX213,通过Bachmann公司SolutionCenter软件组态实现各模块的配置及主控变量的读取,对数据初步处理后,无线通信通过Welotec公司TK701G无线路由器将数据传输至远程服务器。有线通信采用以太网与外部通ί目。
[0023] 采集到振动原始数据后将数据传递给嵌入式C程序计算模块,倍福PLC采用R310方式进行数据交换,巴赫曼采用SVI方式进数据交换,嵌入式C程序计算模块负责数据计算和基本的统计计算。
[0024] 振动模块采集完数据后将数据传输给计算模块,对数据进行计算,对最有利于诊断的数据保存,将不是最有利于诊断的数据剔除,减少数据量,计算模块可以直接在主控中提取自己需要的数据,并且可以根据其中一些参数,例如风速、功率、桨角,油温,偏航角度等参数,来提高振动测量的精确度。中控室的服务器可以对风场风力机的通信进行管理,以免造成通信阻塞。
[0025] PLC采集器的数据采集卡只做原始数据采集,之后将数据传输给嵌入式C程序计算模块,将数据通过TCP/IP协议通过风场环网传送给数据服务器内的数据库。数据库实现原始数据存储与调用,数据库有一定的计算功能,将原始数据和处理后的数据一并存储,同时存储各机型使用的各种部件常见特征频率信息,方便客户端软件快速查询。建立力风力机故障数据库,用于记录所有风力机故障信息。建立风力机故障库,记录不同型号、零部件、工作环境、运行时间、维护情况下,机组出现的各种故障信息。在长期积累故障信息后进行统计分析,为新机型设计提供参考。
[0026] 系统数据库中应包括相关管理信息数据、实时数据、历史数据。管理信息数据包括用户管理信息,机组配置管理信息(机组结构部件配套情况),报警管理信息(对应不同机组不同测点设置多种报警方式),日志报表信息;实时数据库由头数据集和时间波形数据集构成,头数据集记录实时数据采集时对应的状态参数及计算得到的统计指标(包括采样时间、通道号、采样频率、数据长度、机组转速、功率、风速、报警状态、峰峰值、有效值、峭度等),时间波形数据集记录采样时间及对应的时域数据;历史数据库从实时数据库中定时汇总数据,以天、周、月、年按时间粒度存储,并同步存储转速、风速、功率、风向等过程量数据,趋势分析中可根据过程量和时间粒度结合进行复合趋势分析。
[0027] 如上所述,本发明提供了一种基于PLC的风力发电机主控与振动在线监测的集成系统,参数可以通过内部通信相互调用。以PLC作为数据采集器,通过脉冲计数卡或读取发电机自带的编码器得到发电机转速,CMS通过现场总线实现与风机主控PLC通信,获取如风速、功率、桨角,油温,偏航角度等参数,来提高故障诊断的准确性,实现对风机的综合诊断。系统利用风场的现有光纤网络将数据传递给数据服务器,并建立风场故障数据库,记录不同型号、零部件、工作环境、运行时间、维护情况下,机组出现的各种故障信息。在长期积累故障信息后进行统计分析,为新机型设计提供参考,并建立客户端,客户端可以远程访问数据服务器。
[0028] 由于现有风机控制器大多采用PLC控制,为CMS与风机主控PLC、数据服务器通信提供了便利。通过风机主控PLC获取风速、功率、桨角,油温,偏航角度等参数,比通过模拟量的方式采集这些参数,节省了模拟量数据采集卡及其线路,并降低了成本和空间占用。
[0029] 以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰,均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种耦合于控制系统的风电机组状态监测与故障诊断系统,其特征在于包括: 获取风机振动信号的振动传感器; 检测风机转速的转速传感器; 从振动传感器、转速传感器采集信号的数据采集卡; 内置数据提取程序、数据采集程序和嵌入式C程序,并通过数据提取程序从主控PLC中读取风机运行参数,通过数据采集程序从数据采集卡中读取振动和转速信号的PLC采集器;以及 与PLC采集器连接的数据服务器; 所述的PLC采集器通过总线与主控PLC通信连接。
2.根据权利要求1所述的耦合于控制系统的风电机组状态监测与故障诊断系统,其特征在于所述的数据服务器同时连接多台PLC采集器。
3.根据权利要求1所述的耦合于控制系统的风电机组状态监测与故障诊断系统,其特征在于所述的数据服务器还连接有客户端。
4.根据权利要求1所述的耦合于控制系统的风电机组状态监测与故障诊断系统,其特征在于所述的数据服务器与PLC采集器利用风场环网并采用TCP/IP有线通信协议通信,或者采用GPRS无线通信协议通信。
5.根据权利要求1所述的耦合于控制系统的风电机组状态监测与故障诊断系统,其特征在于所述的转速传感器采用接近开关或发电机自带的编码器。
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